Вихрови помпи

МашиниСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 6, 2011

Вихрови помпиВихрови помпиВихрови помпиВихрови помпи

Експлоатационни особености

    Вихровите помпи са едни от най-използваните хидравлични машини. Те са често срещано решение, когато е необходимо транспортиране на течности при малки дебити на голяма височина. Това е и една от основните причини да са широко използвани в химическата промишленост при подаване на киселини, основи и други химически агресивни среди, където при малък дебит, поради ниска скорост на протичане на реакцията, е необходим висок напор за преодоляване на големите хидравлични съпротивления на реактора и налягането, при което протича самата реакция. Подходящи са също за транспортиране на чисти и замърсени води, кондензат, както и на суспензии с малки концентрации на твърда фаза и незначителни размери на частиците. Основни техни приложения се явяват и водоснабдителните и отоплителните системи.
Често вихровите помпи са използвани като вакуум помпи или в качеството им на компресори ниско налягане. В последните години те намират приложение и при подаването на втечнен пропан-бутан – LPG.

Принцип на работа
Както е добре известно, принципът на работа на вихровите помпи се основава на преобразуване на механичната енергия на работното колело в хидравлична енергия на протичащата течност чрез интензивно вихрообразуване в специално оформени канали в корпуса на помпата и в лопатъчните канали по периферията на работното колело.
Основна работна част на тези помпи се явява работното колело, с радиални или наклонени лопатки, което се върти в цилиндричен корпус. В зависимост от вида на работното колело вихровите помпи обикновено се подразделят на помпи затворен и отворен тип. При помпите затворен тип, лопатките на работното колело са къси. Техният вътрешен радиус е равен на вътрешния радиус на канала на помпата. Течността постъпва непосредствено от смукателната тръба в канала на помпата. Движението във входния участък на канала на помпите закрит тип е сложно, тъй като при предвижването на течността от смукателната тръба в канала, се образува надлъжен вихър. Това е и причината, за момента, аналитичното пресмятане на кавитационните качества на тези вихрови помпи да е трудно, дори невъзможно. За подобряване на кавитационните качества на тези помпи се прибягва до поставянето на центробежно стъпало пред работното колело, т. нар. антикавитационно стъпало.
При вихровите помпи с отворено работно колело вътрешният радиус на лопатките е по-малък от вътрешния радиус на канала. Течността се предвижва от смукателната тръба към лопатките на работното колело, след което постъпва в канала на помпата.
Видът на работното колело, освен че определя кавитационните свойства и самозасмукващата способност на вихровите поми, оказва влияние и върху способността им за работа със смеси от газ и течност.
Характерна особеност на вихровите помпи е, че при движението на течността в работното колело се образува вихров поток, който предава част от енергията си на новопостъпващата течност, което е и причина за създаване на високо налягане, но и за загуба на енергия, на което се дължи и ниският им КПД.
Към особеностите на повечето конструкции вихрови помпи може да се отнесе тяхната способност за самозасмукване изразяваща се в способността на помпата да започне да изпомпва течност без предварително запълване на смукателния тръбопровод, т. е. без да е необходимо помпата непременно да бъде “под залив”. Сред особеностите на вихровите помпи е и способността им да изпомпват течност в няколко направления, в зависимост от посоката на движение на работното колело.
Като конструкция вихровите помпи са многостъпални (от 1 до 8 стъпала), хоризонтални или вертикални. Материалите са различни в зависимост от флуида и областта на приложение (от чугун до алой и хастелой), уплътнението на вала е в зависимост от конкретните изисквания – набивка, единично или двойно челно уплътнение, херметично изпълнение. При предвижването на течности с високи и ниски температури, се използват помпи с корпуси, имащи топлинни камери и канали, в които е предвидена циркулация на подгряваща или охлаждаща течност.
Обикновено на входа на помпата се поставя филтър с цел предотвратяване на попадането на замърсяващи или метални частици от тръбите вътре в помпата, което може да доведе до преждевременна повреда на агрегата, а при по-големи скорости на въртене дори до частично разрушаване на корпуса или елементи на работното колело.

В сравнение с центробежните помпи
вихровите помпи имат следните няколко предимства: възможност за получаване на високи налягания (създаваното от тях налягане е от 3 до 7 пъти по-голямо при едни и същи размери и честота на въртене на работното колело); елементарна, компактна и евтина конструкция; вихровите помпи имат способност за самозасмукване; могат да работят със смеси от течности и газ; подаването на течността слабо се влияе от съпротивлението на мрежата; малък обем.
Основни недостатъци на тези помпи се явяват: намаляване на налягането на течността при увеличаване на дебита; консумиране на най-голяма мощност при малки дебити и високи налягания; бързо износване на челата на корпуса и работното колело при наличието на механични примеси във флуида, което води до бързо намаляване на максималното налягане и дебита на помпата. Сред основните недостатъци е и ниският в сравнение с други видове помпи КПД, който обикновено не превишава 45% в работен режим и неспособността с тях да се предвижват замърсени течности с голям вискозитет и течности, съдържащи абразивни частици, водещи до бързо износване на стените на каналите, от където следва и спад в налягането и КПД.
Ниският КПД възпрепятства използването на вихрови помпи при големи мощности. Поради това, те обикновено се използват за малки дебити – до 35 m3/h, за осигуряване на напор до около 240 m, а мощността им достига до около 25 kW. Причината оборотите на вихровите помпи обикновено да се поддържат ниски, е поради добре известния факт, че колкото са по-ниски оборотите на една помпа, толкова по-нисък е кавитационният й коефициент, т. е. опасността от поява на кавитация.

Регулиране на работния режим
Режимът на работа на вихровите помпи се определя от пресечната точка на характеристиката на помпата и характеристиката на мрежата. Един от начините за изменение на работния режим на вихровите помпи се явява регулирането чрез дроселиране, при което изменението на режима на работа се осъществява чрез регулиращ вентил, поставен на напорния тръбопровод, в резултат на което се променя характеристиката на мрежата. При намаляване на дебита на помпата, необходимата за дроселиране енергия се повишава, поради което този начин на регулиране се оказва икономически неизгоден и днес използването му при вихровите помпи е ограничено. Друг метод е байпасното регулиране, при което при необходимост от намаляване на дебита в системата, част от течността през байпаса се отвежда обратно в резервоара. Едно от предимствата на регулирането с байпас пред регулирането чрез дроселиране се явява възможността да се използва за задвижване на помпата двигател с малка мощност. При байпасно регулиране мощността на двигателя се избира по мощността, необходима на помпата при напълно затворен байпас, докато при дроселирането – по мощността, съответстваща на нулев дебит.
Днес, за по-подходящ начин за регулиране се счита регулирането посредством честотен регулатор, поради което този метод е сред най-често срещаните в практиката.
Приложна област на вихровите помпи
Основните предимства на вихровите помпи като ниски дебити, високи налягания, нисък кавитационен коефициент NPSHr – за инсталации с тежки смукателни условия, транспорт на газова фаза – смеси флуид-газ, високо налягане на корпуса, до голяма степен определят и тяхната приложна област. Широко използвани са в химическата промишленост за транспортиране на киселини основи и други агресивни химични вещества. Благодарение на елементарната им конструкция, за изработването им могат да се използват метали, слабо податливи на обработка и леене. Вихровите помпи намират приложение и при изпомпването на летливи течности като бензин, алкохол, етер и други, където изпарението на леките фракции на тези течности води до ситуация, при която помпата засмуква смес от течност и пара, което е проблем при центробежните помпи, например. Предпочитано решение са при транспортирането на пропан-бутан.
Вихровите помпи могат да се използват и в неголеми автоматични помпени станции за водоснабдяване, където използването на центробежни помпи се счита за не особено подходящо, поради необходимостта от осигуряването на малък дебит и голям напор. Могат да бъдат използвани и в качеството на бустерни помпи за водоснабдяване.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top